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Einführung in zusammengesetzte Funktionen

Jetzt lernen wir, warum wir zwei Funktionen verketten wollen würden, indem wir ein Beispiel der Landwirtschaft ansehen.

Cam ist einen Bauer. Jedes Jahr pflanzt er Samen an, die zu Mais werden. Die Funktion unten gibt die Menge C an Mais in Kilogramm (kg) an, die er erwartet zu produzieren, wenn er Mais auf a Hektar Land pflanzt.
C(a)=7500a1500
Wenn zum Beispiel Cam auf zwei Hektar anpflanzt, erwartet er C(2)=7500(2)1500=13500 kg des Mais zu produzieren.
Was Cam wirklich wissen möchte, ist wie viel Geld er mit dem Verkauf von Mais verdienen kann. Also nutzt er die folgende Funktion, um den Geldbetrag M in Euro abzuschätzen, den er aus dem Verkauf von c Kilogramm Mais verdient.
M(c)=0,9c50
Wenn Cam daher 13500 kg Mais produziert, kann er M(13500)=0,9(13500)50=12100 verdienen.
Beachte, dass Cam zwei verschiedene Funktionen verwenden muss, um von gepflanztem Hektar zum erwarteten Verdienst zu kommen. Die erste Funktion C bildet Hektar auf Mais, während die zweite Funktion M, Mais in Geld umwandelt.
Wäre es nicht toll, wenn Cam eine Funktion schreiben kann, die den bepflanzten Hektar Land direkt in den Verdienst umrechnet?

Erstellen einer neuen Funktion

Wir können tatsächlich die Funktion bestimmen, die aus den angepflanzten anpflanztet Hektar direkt den zu erwarten den Verdienst berechnet! Um diese neue Funktion zu bestimmen, denken wir über die allgemeinste Frage noch: Wieviel Geld kann Cam erwarten zu verdienen, wenn er die Maissaat auf a Hektar Land anpflanzt?
Wenn Cam Mais auf a Hektar anpflanzt, erwartet er, C(a) Kilogramm Mais zu produzieren. Und wenn er C(a) Kilogramm Mais produziert, erwartet er, M(C(a)) Euro zu verdienen.
Um also eine allgemeine Regel aufzustellen, die a Hektar Land direkt in den erwarteten Verdienst umwandelt, bestimmen wir den Ausdruck M(C(a)).
Aber wie lösen wir das? Beachte, dass in dem Ausdruck M(C(a)) die Funktion C(a) das Argument von M ist. Um also diesen Ausdruck zu bestimmen, können wir C(a) mit c in der Funktion M ersetzen.
M(c)=0,9c50M(C(a))=0,9(C(a))50=0,9(7500a1500)50          Weil C(a)=7500a1500=6750a135050=6750a1400
Die Funktion M(C(a))=6750a1400 wandelt somit gepflanzte Hektar direkt in erwarteten Verdienst um. Lass uns die neue Funktion benutzen, um den Geldbetrag, den Cam verdienen würde, vom angepflanzten Mais auf zwei Hektar Land, vorherzusagen.
M(C(2))=6750(2)1400=12100
Durch Anpflanzen vor Mais auf zwei Hektar Land kann Cam erwarten, 12100 zu verdienen, was im Einklang mit unserem bisherigen Ergebnis ist!

Definieren verketteter Funktionen

Wir haben nun bestimmt was als verkette Funktion genannt wird. Statt Hektar in die Mais Funktion einzusetzen und dann die produzierte Menge Mais in die Geld Funktion umzuwandeln, haben wir eine Funktion bestimmt, die bepflanzte Hektar direkt in den erwarteten Gewinn umrechnet.
Wir haben dies durch die Substitution von C(a) in Funktion M gefunden oder durch die Funktion M(C(a)) bestimmt. Lasst uns diese neue Funktion MC nennen, die man als ,,M verkettete mit C'' liest.
Wir wissen nun, dass (MC)(a)=M(C(a)). Dies ist tatsächlich die formale Definition der verketteten Funktion.

Visualisieren der zwei Methoden

Hier ist eine visuelle Hilfe, um die Definition oben zu interpretieren.
Wenn wir beide Funktionen, C und M, verwenden, berechnet die Maisfunktion C aus zwei Hektar 13 500 kg. Die Geldfunktion M berechnet dann aus den 13 500 kg den Verdienst 12 100 €.
Mit der verketten Funktion MC könnten wir den 2 Hektar Land direkt den Verdienst von 12 100 € berechnen.
Die beiden sind gleichwertig!

Jetzt lösen wir einige Übungsaufgaben.

Aufgabe 1

Unter Benutzung der Funktionen aus dem Beispiel, wie viel kann Cam erwarten zu verdienen, wenn er den gesamten Mais, den er auf 1,5 Hektar Land produziert, verkauft?
Referenz: C(a)=7500a1500, M(c)=0,9c50 und M(C(a))=6750a1400
  • Deine Lösung sollte sein
  • eine ganze Zahl wie 6
  • ein gekürzter echter Bruch wie 3/5
  • ein gekürzter unechter Bruch wie 7/4
  • eine gemischte Zahl wie 1 3/4
  • eine genaue Dezimalzahl wie 0,75
  • ein Vielfaches von Pi wie 12 Pi oder 2/3 Pi
Euro

Aufgabe 2

Ben ist ein Kartoffelbauer. Die Funktion P(a)=25000a1000 gibt die Menge der Kartoffeln in Kilogramm an, die er bei Anpflanzung von Kartoffeln auf a Hektar Land zu produzieren erwartet. Die Funktion M(p)=0,2p200 gibt die Menge Geld in US-Dollar an, die Ben erwartet zu verdienen, wenn er p Kilogramm Kartoffeln produziert.
Wie viel Geld kann Ben bekommen, wenn er alle produzierten Kartoffeln der 3 Hektar Land verkauft?
  • Deine Lösung sollte sein
  • eine ganze Zahl wie 6
  • ein gekürzter echter Bruch wie 3/5
  • ein gekürzter unechter Bruch wie 7/4
  • eine gemischte Zahl wie 1 3/4
  • eine genaue Dezimalzahl wie 0,75
  • ein Vielfaches von Pi wie 12 Pi oder 2/3 Pi

Aufgabe 3

Welche der folgenden Ausdrücke gibt den Geldbetrag an, dass Ben erwartet zu verdienen, wenn er Kartoffeln auf a Hektar Land pflanzt?
Wähle eine Lösung.

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